Стрелец А* -Sagittarius A*

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Стрелец А*
EHT Стрелец Черная дыра.tif
Стрелец A *, полученный телескопом Event Horizon в 2017 г., выпущенный в 2022 г.
Данные наблюдений
Epoch J2000 Equinox J2000
Созвездие Стрелец
прямое восхождение 17 ч 45 м 40,0409 с
склонение −29° 0′ 28,118″
Подробности
масса 8,26 × 10 36 кг
(4,154 ± 0,014) × 10 6 М
Астрометрия
Расстояние 26 673 ± 42 св
. лет (8 178 ± 13 шт . )
Ссылки на базу данных
СИМБАД данные

Стрелец A* ( / ˈeɪ s t ɑːr / AY star ), сокращенно Sgr A* ( / ˈs æ ˈeɪ s t ɑːr / SAJ AY star ) — сверхмассивная черная дыра в галактическом центре Млечного Пути . Находится недалеко от границы созвездий Стрельца и Скорпиона, примерно в 5,6° южнее эклиптики, визуально близко к Скоплению Бабочки (М6) и Лямбда Скорпиона .

Объект представляет собой яркий и очень компактный астрономический радиоисточник . Название Стрелец А* следует из исторических причин. В 1954 году Джон Д. Краус, Сянь-Чинг Ко и Шон Мэтт перечислили радиоисточники, которые они идентифицировали с помощью радиотелескопа Университета штата Огайо на частоте 250 МГц. Источники были расположены по созвездию, и буква, присвоенная им, была произвольной, где A обозначал самый яркий радиоисточник в созвездии. Звездочка * связана с тем, что его открытие считалось «захватывающим», параллельно с номенклатурой атомов в возбужденном состоянии, которые обозначены звездочкой (например, возбужденное состояние гелия будет He *). Звездочка была присвоена в 1982 г. Робертом Л. Брауном, который понял, что сильнейшее радиоизлучение из центра галактики, по-видимому, связано с компактным нетепловым радиообъектом.

Наблюдения за несколькими звездами, вращающимися вокруг Стрельца A*, особенно за звездой S2, использовались для определения массы и верхних пределов радиуса объекта. Основываясь на массе и все более точных ограничениях на радиус, астрономы пришли к выводу, что Стрелец A* должен быть центральной сверхмассивной черной дырой Млечного Пути. Текущее значение его массы составляет 4,154 ± 0,014 миллиона солнечных масс .

Рейнхард Генцель и Андреа Гез были удостоены Нобелевской премии по физике 2020 года за открытие того, что Стрелец A * является сверхмассивным компактным объектом, для которого черная дыра была единственным правдоподобным объяснением в то время.

12 мая 2022 года астрономы с помощью телескопа Event Horizon опубликовали изображение Стрельца A*, полученное с использованием данных радионаблюдений в апреле 2017 года, подтвердив, что объект является черной дырой. Это второе подтвержденное изображение черной дыры после сверхмассивной черной дыры Мессье 87 в 2019 году.

Наблюдение и описание

Наблюдения ALMA за газовыми облаками, богатыми молекулярным водородом, с областью вокруг Стрельца A *, обведенной кружком

12 мая 2022 года телескоп Event Horizon впервые опубликовал фотографию Стрельца A*, основанную на прямых радиоизображениях, сделанных в 2017 году, и подтвердивших наличие в объекте черной дыры. Это второе изображение черной дыры. На обработку этого изображения ушло пять лет вычислений с использованием метода наложения изображений. Их результат дает общий угловой размер источника51,8 ± 2,3 мкс ). На расстоянии 26 000 световых лет (8 000 парсеков ) это дает диаметр 51,8 миллиона километров (32,2 миллиона миль). Для сравнения, Земля находится на расстоянии 150 миллионов километров (1,0 астрономическая единица ; 93 миллиона миль ) от Солнца, а Меркурий — на расстоянии 46 миллионов километров (0,31 а.е.; 29 миллионов миль) от Солнца в перигелии . Собственное движение Sgr A * составляет примерно -2,70 мсек. дуги в год для прямого восхождения и -5,6 мсек. дуги в год для склонения . Измерения телескопом этих черных дыр проверили теорию относительности Эйнштейна более строго, чем это делалось ранее, и результаты полностью совпадают.

В 2019 году измерения, проведенные с помощью бортовой широкополосной камеры высокого разрешения (HAWC+), установленной на самолете SOFIA, показали, что магнитные поля вызывают окружающее кольцо из газа и пыли, температура которых колеблется от −280 до 17 500 ° F (от 99,8 до 9 977,6 К; от -173,3 до 9 704,4 ° C), чтобы выйти на орбиту вокруг Стрельца A *, поддерживая низкий уровень выбросов черной дыры.

Астрономы не смогли наблюдать Sgr A * в оптическом спектре из-за эффекта поглощения 25 величин пылью и газом между источником и Землей.

История

Карл Янский, считающийся отцом радиоастрономии, в апреле 1933 года обнаружил, что радиосигнал исходит из места в направлении созвездия Стрельца, к центру Млечного Пути. Радиоисточник позже стал известен как Стрелец А. Его наблюдения не простирались так далеко на юг, как мы теперь знаем, что это Галактический центр. Наблюдения Джека Пиддингтона и Гарри Миннетта с использованием радиотелескопа CSIRO на водохранилище Поттс-Хилл в Сиднее обнаружили дискретный и яркий источник радиоизлучения «Стрелец-Скорпион», который после дальнейших наблюдений с помощью 80-футового (24-метрового) радиотелескопа CSIRO в Довер-Хайтс был указан в письме в журнал Nature как вероятный галактический центр.

Более поздние наблюдения показали, что Стрелец А на самом деле состоит из нескольких перекрывающихся подкомпонентов; яркий и очень компактный компонент Sgr A* был открыт 13 и 15 февраля 1974 года астрономами Брюсом Баликом и Робертом Брауном с помощью базового интерферометра Национальной радиоастрономической обсерватории . Название Sgr A * было придумано Брауном в статье 1982 года, потому что источник радиоизлучения был «возбуждающим», а возбужденные состояния атомов обозначены звездочками.

Обнаружение необычно яркой рентгеновской вспышки от Sgr A*

С 1980-х годов стало очевидно, что центральный компонент Sgr A *, вероятно, является черной дырой. В 1994 году исследования инфракрасной и субмиллиметровой спектроскопии, проведенные группой из Беркли с участием лауреата Нобелевской премии Чарльза Х. Таунса и будущего лауреата Нобелевской премии Райнхарда Генцеля, показали, что масса Sgr A * сильно сконцентрирована и составляет порядка 3 миллионов Солнц.

16 октября 2002 г. международная группа под руководством Рейнхарда Гензеля из Института внеземной физики им. Макса Планка сообщила о наблюдении за движением звезды S2 вблизи Стрельца A* в течение десяти лет. Согласно анализу команды, данные исключают возможность того, что Sgr A* содержит скопление темных звездных объектов или массу вырожденных фермионов, что усиливает доказательства существования массивной черной дыры. В наблюдениях S2 использовалась интерферометрия ближнего инфракрасного диапазона (NIR) (в Ks-диапазоне, т.е. 2,1 мкм ) из-за уменьшенного межзвездного поглощения в этом диапазоне. Мазеры SiO использовались для сопоставления изображений NIR с радионаблюдениями, поскольку их можно наблюдать как в NIR, так и в радиодиапазоне. Быстрое движение S2 (и других ближайших звезд) легко выделялось на фоне более медленных звезд вдоль луча зрения, поэтому их можно было вычесть из изображений.

Пыльное облако G2 проходит мимо сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути

Радионаблюдения Стрельца А * РСДБ также могли быть выровнены по центру с изображениями NIR, поэтому было обнаружено, что фокус эллиптической орбиты S2 совпадает с положением Стрельца А *. Изучив кеплерову орбиту S2, они определили массу Стрельца A* как4,1 ± 0,6 миллиона солнечных масс, заключенных в объеме радиусом не более 17 световых часов (120 а.е. [18 миллиардов км ; 11 миллиардов миль ]). Более поздние наблюдения звезды S14 показали, что масса объекта составляет около 4,1 миллиона солнечных масс в объеме с радиусом не более 6,25 световых часов (45 а.е. [6,7 миллиарда км; 4,2 миллиарда миль]). S175 прошел на аналогичном расстоянии. Для сравнения, радиус Шварцшильда составляет 0,08 а.е. (12 миллионов км; 7,4 миллиона миль). Они также определили расстояние от Земли до Галактического центра (центр вращения Млечного Пути), что важно при калибровке астрономических шкал расстояний, как 8 000 ± 600 парсеков (30 000 ± 2 000 световых лет ). В ноябре 2004 года группа астрономов сообщила об открытии потенциальной черной дыры промежуточной массы, известной как GCIRS 13E, находящейся на расстоянии 3 световых года от Стрельца A*. Эта черная дыра массой 1300 солнечных находится в скоплении семи звезд. Это наблюдение может подтвердить идею о том, что сверхмассивные черные дыры растут, поглощая близлежащие более мелкие черные дыры и звезды.

После наблюдения за звездными орбитами вокруг Стрельца A* в течение 16 лет Gillessen et al. оценил массу объекта в4,31 ± 0,38 миллиона солнечных масс. Результат был объявлен в 2008 году и опубликован в The Astrophysical Journal в 2009 году. Рейнхард Генцель, руководитель исследовательской группы, сказал, что исследование дало «то, что сейчас считается лучшим эмпирическим доказательством того, что сверхмассивные черные дыры действительно существуют». орбиты в Галактическом Центре показывают, что центральная концентрация масс в четыре миллиона солнечных масс должна быть черной дырой, вне всяких разумных сомнений».

5 января 2015 года НАСА сообщило о наблюдении рентгеновской вспышки в 400 раз ярче, чем обычно, рекордной вспышки от Sgr A *. По мнению астрономов, необычное событие могло быть вызвано распадом астероида, упавшего в черную дыру, или запутыванием силовых линий магнитного поля в газе, втекающем в Sgr A*.

13 мая 2019 года астрономы, использующие обсерваторию Кека, стали свидетелями внезапного увеличения яркости Sgr A*, которая стала в 75 раз ярче обычного, что позволяет предположить, что сверхмассивная черная дыра могла столкнуться с другим объектом.

Выбросы остатков сверхновой, производящие планетообразующий материал

Центральная черная дыра

NuSTAR зафиксировал эти первые сфокусированные изображения сверхмассивной черной дыры в сердце Млечного Пути в высокоэнергетическом рентгеновском излучении.

В статье, опубликованной 31 октября 2018 года, было объявлено об открытии неопровержимых доказательств того, что Стрелец А* является черной дырой. Используя интерферометр GRAVITY и четыре телескопа Очень большого телескопа (VLT) для создания виртуального телескопа диаметром 130 метров (430 футов), астрономы обнаружили сгустки газа, движущиеся со скоростью около 30% скорости света. Эмиссия высокоэнергетических электронов очень близко к черной дыре была видна в виде трех заметных ярких вспышек. Это точно соответствует теоретическим предсказаниям для горячих точек, вращающихся вокруг черной дыры массой четыре миллиона солнечных. Считается, что вспышки происходят из-за магнитных взаимодействий в очень горячем газе, вращающемся очень близко к Стрельцу A*.

В июле 2018 года сообщалось, что S2, вращающийся вокруг Sgr A *, был зарегистрирован на скорости 7650 км / с (17,1 миллиона миль в час), или 2,55% скорости света, что привело к сближению с перицентром в мае 2018 года. примерно на 120 а.е. (18 миллиардов км ; 11 миллиардов миль ) (примерно 1400 радиусов Шварцшильда ) от Sgr A *. На таком близком расстоянии от черной дыры общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна предсказывает, что S2 будет демонстрировать заметное гравитационное красное смещение в дополнение к обычному красному смещению скорости; было обнаружено гравитационное красное смещение в соответствии с предсказанием ОТО в пределах 10-процентной точности измерений.

Предполагая, что общая теория относительности по-прежнему является верным описанием гравитации вблизи горизонта событий, радиоизлучение Стрельца A* не сосредоточено на черной дыре, а исходит из яркого пятна в области вокруг черной дыры, близко к горизонту событий. возможно, в аккреционном диске или релятивистской струе материала, выброшенной из диска. Если бы кажущееся положение Стрельца A* было точно в центре черной дыры, можно было бы увидеть его увеличенным сверх его размера из-за гравитационного линзирования черной дыры. Согласно общей теории относительности, это привело бы к кольцеобразной структуре, диаметр которой примерно в 5,2 раза больше радиуса Шварцшильда черной дыры . Для черной дыры массой около 4 миллионов солнечных масс это соответствует размеру примерно 52 мкс, что согласуется с наблюдаемым общим размером около 50 мкс.

Недавние наблюдения с более низким разрешением показали, что радиоисточник Стрельца A* симметричен. Моделирование альтернативных теорий гравитации показывает результаты, которые трудно отличить от ОТО. Однако в статье 2018 года предсказывается изображение Стрельца A *, которое согласуется с недавними наблюдениями; в частности, это объясняет малый угловой размер и симметричную морфологию источника.

Масса Стрельца А* оценивалась двумя способами:

  1. Две группы — в Германии и США — наблюдали за орбитами отдельных звезд очень близко к черной дыре и использовали законы Кеплера, чтобы вывести замкнутую массу. Немецкая группа обнаружила массу4,31 ± 0,38 миллиона солнечных масс, тогда как американская группа нашла4,1 ± 0,6 миллиона солнечных масс. Учитывая, что эта масса заключена внутри сферы диаметром 44 миллиона километров, это дает плотность в десять раз выше, чем предыдущие оценки.
  2. Совсем недавно измерение собственных движений выборки из нескольких тысяч звезд в пределах примерно одного парсека от черной дыры в сочетании со статистическим методом дало как оценку массы черной дыры на3,6+0,2
    −0,4
    × 10 6
    M , плюс распределенная масса в центральном парсеке, равная(1 ± 0,5) × 10 6 М . Считается, что последний состоит из звезд и их остатков .
Магнитар обнаружен очень близко к сверхмассивной черной дыре Стрелец A* в центре галактики Млечный Путь.

Сравнительно небольшая масса этой сверхмассивной черной дыры, а также низкая светимость линий радио- и инфракрасного излучения указывают на то, что Млечный Путь не является сейфертовской галактикой .

В конечном счете, то, что видно, — это не сама черная дыра, а наблюдения, которые согласуются только в том случае, если рядом с Стрельцом A* находится черная дыра. В случае такой черной дыры наблюдаемая радио- и инфракрасная энергия исходит от газа и пыли, нагретых до миллионов градусов при падении в черную дыру. Считается, что сама черная дыра излучает только излучение Хокинга при незначительной температуре порядка 10 −14 кельвинов .

Гамма-обсерватория INTEGRAL Европейского космического агентства наблюдала взаимодействие гамма- лучей с ближайшим гигантским молекулярным облаком Стрелец B2, вызывая рентгеновское излучение облака. Суммарная светимость от этой вспышки ( L ≈ 1,5 × 10 39 эрг/с) оценивается в миллион раз сильнее, чем выходной ток Sgr A*, и сравним с типичным активным галактическим ядром . В 2011 году этот вывод поддержали японские астрономы, наблюдавшие центр Млечного Пути соспутника Судзаку .

В июле 2019 года астрономы сообщили об обнаружении звезды S5-HVS1, движущейся со скоростью 1755 км/с (3,93 миллиона миль в час) или 0,006 c . Звезда находится в созвездии Журавля в южной части неба, примерно в 29 000 световых лет от Земли, и, возможно, была выброшена из галактики Млечный Путь после взаимодействия со Стрельцом A*, сверхмассивной черной дырой в центре. галактики.

Орбитальные звезды

Предполагаемые орбиты 6 звезд вокруг кандидата в сверхмассивные черные дыры Стрельца A* в центре Млечного Пути.
Звезды, движущиеся вокруг Стрельца A * в 2018 году.
Звезды, движущиеся вокруг Стрельца A * в 2021 году

На близкой орбите вокруг Стрельца A * находится ряд звезд, которые вместе известны как «S-звезды». Эти звезды наблюдаются в основном в инфракрасном диапазоне K -диапазона, поскольку межзвездная пыль резко ограничивает видимость в видимом диапазоне длин волн. Это быстро меняющееся поле — в 2011 году орбиты наиболее известных на тот момент звезд были нанесены на диаграмму справа, показывающую сравнение их орбит с различными орбитами в Солнечной системе. С тех пор было обнаружено, что S62 подходит еще ближе, чем эти звезды.

Высокие скорости и близкие подходы к сверхмассивной черной дыре делают эти звезды полезными для установления ограничений на физические размеры Стрельца A *, а также для наблюдения эффектов, связанных с общей теорией относительности, таких как периаптический сдвиг их орбит. Ведется активное наблюдение за возможностью звезд, приближающихся к горизонту событий достаточно близко, чтобы их разрушить, но ожидается, что ни одну из этих звезд не постигнет такая участь. Наблюдаемое распределение плоскостей орбит S-звезд ограничивает вращение Стрельца А* менее чем 10% от его теоретического максимального значения.

По состоянию на 2020 год S4714 является текущим рекордсменом по наибольшему сближению со Стрельцом A *, примерно на 12,6 а.е. (1,88 миллиарда км), почти так же близко, как Сатурн подходит к Солнцу, путешествуя со скоростью около 8% скорости света. Приведенные цифры являются приблизительными, формальные неопределенности12,6 ± 9,3 а.е. и23 928 ± 8 840 км/с . Его орбитальный период составляет 12 лет, но чрезвычайный эксцентриситет 0,985 обеспечивает близкое сближение и высокую скорость.

Выдержка из таблицы этого кластера (см . Кластер Стрелец A * ), в которой представлены наиболее известные члены. В таблице ниже id1 — это имя звезды в каталоге Гиллессена, а id2 — в каталоге Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. a, e, i, Ω и ω — стандартные элементы орбиты, измеряемые в угловых секундах . Tp — эпоха прохождения перицентра, P — период обращения в годах, а Kmag — видимая звездная величина звезды в инфракрасном диапазоне K. q и v — перицентральное расстояние в а.е. и перицентральная скорость в процентах от скорости света .

идентификатор1 идентификатор2 а е я (°) Ом (°) ω (°) Тп (год) П (год) Кмаг д (AU) v (%с)
S1 S0-1 0,5950 0,5560 119,14 342.04 122.30 2001.800 166,0 14.70 2160,7 0,55
S2 S0-2 0,1251 0,8843 133,91 228.07 66,25 2018.379 16.1 13,95 118,4 2,56
S8 S0-4 0,4047 0,8031 74,37 315,43 346,70 1983.640 92,9 14.50 651,7 1,07
S12 S0-19 0,2987 0,8883 33,56 230.10 317,90 1995.590 58,9 15.50 272,9 1,69
S13 S0-20 0,2641 0,4250 24.70 74,50 245,20 2004.860 49,0 15.80 1242.0 0,69
S14 S0-16 0,2863 0,9761 100,59 226,38 334,59 2000.120 55,3 15.70 56,0 3,83
S62 0,0905 0,9760 72,76 122,61 42,62 2003.330 9,9 16.10 16,4 7.03
S4714 0,102 0,985 127,7 129,28 357,25 2017.29 12,0 17,7 12,6 8,0

Открытие газового облака G2 на пути аккреции

Впервые замеченное как нечто необычное на изображениях центра Млечного Пути в 2002 году, газовое облако G2, масса которого примерно в три раза превышает массу Земли, вероятно, движется по курсу, ведущему в зону аккреции Sgr A. * в статье, опубликованной в журнале Nature в 2012 году. Прогнозы его орбиты предполагали, что оно максимально приблизится к черной дыре ( перинигрикону ) в начале 2014 года, когда облако было на расстоянии, чуть более чем в 3000 раз превышающем радиус события. горизонта (или ≈260 а.е., 36 световых часов) от черной дыры. С 2009 года наблюдалось разрушение G2, и некоторые предсказывали, что оно будет полностью уничтожено в результате столкновения, что могло привести к значительному увеличению яркости рентгеновского и другого излучения черной дыры. Другие астрономы предположили, что газовое облако может скрывать тусклую звезду или продукт слияния двойных звезд, который удерживает их вместе против приливных сил Sgr A*, позволяя ансамблю пройти мимо без каких-либо последствий. В дополнение к приливным воздействиям на само облако в мае 2013 года было высказано предположение, что до своего перинигрикона G2 может испытать несколько близких столкновений с представителями популяций черных дыр и нейтронных звезд, которые, как считается, вращаются вокруг галактического центра. дает некоторое представление об области, окружающей сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути.

Средняя скорость аккреции на Sgr A* необычно мала для черной дыры такой массы, и ее можно обнаружить только потому, что она находится так близко к Земле. Считалось, что прохождение G2 в 2013 году может дать астрономам возможность узнать гораздо больше о том, как материал аккрецируется на сверхмассивных черных дырах. Несколько астрономических объектов наблюдали это самое близкое сближение, наблюдения были подтверждены с помощью Chandra, XMM, VLA, INTEGRAL, Swift, Fermi и запрошены на VLT и Keck .

Моделирование прохода было сделано до того, как это произошло, группами из ESO и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL).

Когда облако приблизилось к черной дыре, доктор Дэрил Хаггард сказал: «Очень интересно иметь что-то, что больше похоже на эксперимент», и надеялся, что взаимодействие приведет к эффектам, которые предоставят новую информацию и идеи.

Во время и после самого близкого сближения облака с черной дырой ничего не наблюдалось, что описывалось как отсутствие «фейерверка» и «флоп». Астрономы из группы Галактического центра Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе опубликовали наблюдения, полученные 19 и 20 марта 2014 года, и пришли к выводу, что G2 все еще не повреждена (в отличие от предсказаний простой гипотезы газового облака) и что в облаке, вероятно, есть центральная звезда.

Опубликованный 21 июля 2014 г. анализ, основанный на наблюдениях Очень Большого Телескопа ESO в Чили, альтернативно пришел к выводу, что облако не изолировано, а может быть плотным скоплением в непрерывном, но более тонком потоке материи, и действуют как постоянный бриз на диске вещества, вращающемся вокруг черной дыры, а не внезапные порывы, которые вызвали бы высокую яркость при столкновении, как первоначально ожидалось. Подтверждая эту гипотезу, G1, облако, прошедшее около черной дыры 13 лет назад, имело орбиту, почти идентичную G2, что согласуется с обоими облаками, и газовый хвост, который, как считается, следует за G2, причем все они представляют собой более плотные сгустки внутри большого единого газового скопления. поток.

Профессор Андреа Гез и др. в 2014 году предположили, что G2 — это не газовое облако, а скорее пара двойных звезд, которые вращались вокруг черной дыры в тандеме и слились в чрезвычайно большую звезду.

Впечатление художника об аккреции газового облака G2 на Sgr A*. 1 кредит
Это моделирование показывает газовое облако, открытое в 2011 году, когда оно проходит вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
Этот видеоряд показывает движение пылевого облака G2, когда оно приближается к сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути, а затем проходит мимо нее.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки